胰腺癌微環(huán)境研究進展

馬少軍，張秀軍，曹洪波

胰腺癌是最致命的惡性腫瘤之一，由于解剖位置較深，大部分患者確診時已到中晚期，在美國5年生存率只有5%[1]。在中國，胰腺癌的發(fā)病率逐年增高，2011年新發(fā)病例及死亡人數(shù)分別為80,344和72,723[2]。外科切除仍然是胰腺長期存活的最佳機會癌癥。然而，大多數(shù)患者被診斷為無法切除由于轉(zhuǎn)移形成[3]。目前的治療措施對解決該問題顯得力不從心。因此，從新的分子機制深入認識胰腺癌的病理過程，成為該領域的重要科學命題。本文就近幾年腫瘤微環(huán)境在胰腺癌發(fā)生、發(fā)展中的作用作以綜述。

1 胰腺癌間質(zhì)細胞形成的微環(huán)境及其與胰腺癌發(fā)生發(fā)展之間的相互作用對胰腺癌預后有重要的作用

胰腺癌相當于其他實體腫瘤的特別之處在于腫瘤實質(zhì)周圍包繞著非常致密的結(jié)締組織。腫瘤間質(zhì)大量纖維結(jié)締組織生成是胰腺癌最為顯著的組織學特征之一，間質(zhì)成分常占腫瘤總體積的50%～80%[4]。胰腺癌的生物學特性不僅是通過癌基因和抑癌基因來調(diào)控，間質(zhì)細胞形成的微環(huán)境對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展也起了十分重要的作用。胰腺癌間質(zhì)的細胞成分非常復雜，包含成纖維細胞、肌纖維母細胞、胰腺形狀細胞、內(nèi)皮細胞、周細胞、炎癥細胞、神經(jīng)纖維、骨髓來源的干細胞等[5-6]。有學者提出間質(zhì)促進了胰腺癌的進展和轉(zhuǎn)移，間質(zhì)中成分增加了癌細胞的侵襲性，進而促進了腫瘤的轉(zhuǎn)移；同時致密的間質(zhì)可以形成癌細胞的物理屏障，阻礙化療藥物的滲入，增加了腫瘤的化療抵抗。但是，也有學者提出不同的觀點，有研究發(fā)現(xiàn)：腫瘤間質(zhì)分泌膠原蛋白形成纖維化，可以包裹分離腫瘤細胞，阻止腫瘤細胞進一步侵襲擴散，在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中起到為了改善胰腺癌的預后[7-8]。諸多學者致力于研究以吉西他濱為基礎聯(lián)合其他藥物的化療方案，如順鉑、伊立替康、伊莎替康、培美曲塞等，但都無法明顯改善患者的生存期。

目前僅僅針對腫瘤實質(zhì)的傳統(tǒng)治療手段療效并不理想，很大一部分原因在于對腫瘤間質(zhì)在胰腺癌進展中的重要性認識不足。因此，了解腫瘤細胞與腫瘤微環(huán)境之間的相互關系有助于我們進一步認識腫瘤，闡明胰腺癌間質(zhì)細胞的發(fā)生機制及其與胰腺癌發(fā)生發(fā)展之間的相互作用，將有利于尋找新的位點進行靶向治療，并可望改善胰腺癌的預后。

2 骨髓間充質(zhì)干細胞可趨化至腫瘤組織周圍，參與胰腺癌腫瘤間質(zhì)的形成，并影響胰腺癌的生長、侵襲、轉(zhuǎn)移等生物學行為，通過多種途徑調(diào)節(jié)胰腺癌生長的微環(huán)境

骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSCs）是一群異質(zhì)性且具有多方向分化潛能的骨髓細胞，僅占骨髓有核細胞的0.01%～0.001%[9]。除了能夠分化中胚層來源的骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、肌細胞、周細胞之外，還可以分化為內(nèi)胚層的肺、肝、腎上皮細胞和外胚層來源的神經(jīng)細胞[10-11]。在創(chuàng)傷、炎癥等疾病模型中，BMSCs募集并遷移至相應組織器官進行修復。運動熒光素、生物法光劑、正電子發(fā)射及核磁共振報告標記技術示蹤，在多種腫瘤模型中尾靜脈注射外源性BMSCs也發(fā)現(xiàn)其募集與遷移的現(xiàn)象[12]。移植瘤體內(nèi)示蹤研究表明BMSCs遷移到腫瘤部位并可以分化成為成纖維細胞、周細胞以及肌纖維母細胞等腫瘤間質(zhì)中的重要成員。作為腫瘤間質(zhì)的一員，BMSCs參與腫瘤間質(zhì)的形成并影響腫瘤生長、侵襲、轉(zhuǎn)移等生物學行為[13]。在腫瘤發(fā)生過程中，BMSCs很可能作為腫瘤細胞的來源。

Houghton 等[14]行GFP轉(zhuǎn)基因或野生型雄性小鼠-野生型小鼠骨髓移植后建立幽門螺桿菌誘導的慢性感染-胃癌模型。結(jié)果顯示，受體體內(nèi)幾乎所有胃癌上皮內(nèi)瘤變與大量胃癌細胞均表達供體骨髓來源細胞標記，表明上皮性腫瘤可以起源于骨髓來源細胞。Direkze等[15]發(fā)現(xiàn)腫瘤微環(huán)境中的BMSCs能夠分化成為肌成纖維細胞、腫瘤相關成纖維細胞等參與微環(huán)境的形成。Coffelt等[16]認為BMSCs是微環(huán)境中細胞因子的一個重要來源，能夠產(chǎn)生多種細胞因子，如IL-6、IL-10、CCL5、VEGF等，這些細胞因子能夠影響腫瘤細胞生長和免疫細胞效應的發(fā)揮，并參與血管生成的調(diào)節(jié)。腫瘤細胞產(chǎn)物也能作用BMSCs，促使其各種分化。外周環(huán)境中的BMSCs具有與白細胞類似的向炎癥部位和腫瘤生長部位定向遷移的能力，其可能能機制為組織損傷部位微環(huán)境與腫瘤微環(huán)境在某種程度上具有相似性，如低氧低營養(yǎng)供給、免疫細胞募集、各種細胞因子大量分泌，如基質(zhì)細胞衍生因子、血小板生長因子、表皮生長因子等[17]。

然而在胰腺癌演進過程中，BMSCs的凈效應是促癌還是抑癌尚無定論。有學者認為[13]：BMSCs能抑制胰腺癌細胞Aspc-1細胞的增殖，促進其凋亡，可能通過促進GSK-3β表達而抑制腫瘤細胞增殖；通過抑制Aspc-1細胞Bcl-2表達而促進腫瘤凋亡，從而抑制腫瘤的發(fā)展。Qiao等人[18]發(fā)現(xiàn)H7402肝癌細胞株與BMSCs共培養(yǎng)后，肝癌細胞系的細胞增殖減少、凋亡增加多，并且Bcl-2、C-myc、PCNA及存活素的表達下調(diào)。另有研究發(fā)現(xiàn)[19]，BMSCs可以通過下調(diào)PI3K-Akt活性，直接對腫瘤生長發(fā)揮抑制作用。相反地，有學者認為[20]BMSCs可遷移至DMBA誘導的胰腺癌實質(zhì)與間質(zhì)中，通過轉(zhuǎn)分化途徑參與了間質(zhì)和實質(zhì)的發(fā)生，通過促進胰腺癌細胞增殖、遷移與侵襲能力、間質(zhì)形成以及抑制凋亡等機制促進胰腺癌的生長與轉(zhuǎn)移，并認為應用BMSCs作為載體對胰腺癌進行生物學治療的安全性有待進一步評估。

總之，BMSCs可趨化至腫瘤組織周圍，參與胰腺癌腫瘤間質(zhì)的形成，并影響胰腺癌的生長、侵襲、轉(zhuǎn)移等生物學行為，通過多種途徑調(diào)節(jié)胰腺癌生長的微環(huán)境，無論其對胰腺癌凈效應是促癌還是抑癌，都有望成為調(diào)控的靶點，通過影響B(tài)MSCs生物行為對胰腺癌產(chǎn)生治療作用。

3 BMSCs來源的microRNA與胰腺癌的關系

近年來，microRNA已經(jīng)成為基因表達調(diào)控的“明星”分子，大量的microRNA與腫瘤病變密切相關，它們與其靶基因共同參與腫瘤細胞的增殖、遷移、侵襲、凋亡等導致腫瘤演進的重要環(huán)節(jié)。Park 等[21]用反義寡核苷酸抑制胰腺癌細胞株HS766T 中miR-21 或miR-221 的表達，發(fā)現(xiàn)HS766T 的凋亡數(shù)量增加3～6 倍，miR-21 抑制后，細胞停滯在G1 期，PTEN 和RECK 表達增加，miR-221 抑制后p27 表達增加，因此認為miR-21 或miR-221 能促進胰腺癌細胞的增殖，減少凋亡。Torrisani 等[22]研究發(fā)現(xiàn)let-7microRNA 在胰腺癌組織和細胞株中低表達，通過質(zhì)粒轉(zhuǎn)染或慢病毒轉(zhuǎn)導合成的let-7 microRNA 恢復let-7 microRNA 的表達可顯著抑制胰腺癌細胞的增殖和MAPK活性。Weiss 等[23]用研究發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)移性胰腺癌中miR-10a存在明顯的高表達，在原發(fā)胰腺癌和胰腺癌細胞株接種到斑馬魚胚胎的研究中發(fā)現(xiàn)miR-10a 的表達促進了胰腺癌細胞的轉(zhuǎn)移能力，而抑制miR-10a 的表達能顯著地抑制胰腺癌細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移灶形成。

BMSCs在不同microRNA的調(diào)節(jié)下可定向向不同類型細胞進行分化，miR-128可調(diào)控大鼠BMSCs分化為神經(jīng)元樣細胞，BMSCs通過miR-29c可抑制前列腺癌細胞增殖，mir-205可調(diào)節(jié)BMSCs分化成成骨細胞。然而BMSCs在來源的microRNA在胰腺癌中的作用鮮有報道。根據(jù)microRNA參與了胰腺癌進展多個病理環(huán)節(jié)，推測BMSCs來源的microRNA對胰腺癌有重要的調(diào)節(jié)作用，是BMSCs對胰腺癌演進促癌或者抑癌不同凈效應的關鍵調(diào)節(jié)靶點，BMSCs來源的microRNA變化可望成為新的藥物治療胰腺癌的藥效機制聚焦點。

4 胰腺炎、高血糖與胰腺腫瘤微環(huán)境的關系

胰腺炎與胰腺癌發(fā)生之間密切相關性[24]。在胰腺產(chǎn)生炎癥時，因為大量的腺泡細胞會產(chǎn)生消化酶，同時伴有胰腺的纖維化和萎縮，在胰腺組織中與胰腺癌相關的腺泡出現(xiàn)萎縮（腺泡萎縮 CAA）。腺泡萎縮的病理特征表現(xiàn)為腺泡-導管化生（ADM）。在腫瘤侵襲中的腺泡-導管化生與胰腺癌的原位小鼠模型中的細胞侵襲和結(jié)締組織形成相關，對切除的人類腫瘤的分析顯示癌癥相關ADM區(qū)域?qū)δ[瘤壞死因子α（TGFα）呈陽性，并且該TGFα表達與原發(fā)腫瘤大小和較短的存活時間相關?；虮磉_分析鑒定了癌癥相關ADM，散發(fā)性ADM和慢性胰腺炎ADM的不同表型譜。這些發(fā)現(xiàn)表明，驅(qū)動ADM的機制根據(jù)特定的組織微環(huán)境而不同，并且癌癥相關的ADM和腺泡萎縮有助于腫瘤細胞侵入局部胰腺實質(zhì)[25]。

越來越多的證據(jù)表明糖尿病與胰腺癌的發(fā)展和進展以及胰腺癌患者的死亡有關[26-27]。研究發(fā)現(xiàn)，高葡萄糖水平可以促進胰腺癌的增殖和侵襲，以及上皮 -間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）和轉(zhuǎn)移[28]。最近的研究證明，高血糖可以誘導細胞缺氧并產(chǎn)生線粒體活性氧[29]。由于其無血管形態(tài)，胰腺腫瘤通常缺氧[30]。在缺氧環(huán)境中，胰腺癌細胞表達高水平的缺氧誘導因子1α（HIF-1α）。HIF-1α的靶基因促進侵襲性表型，促進腫瘤生長，侵襲和轉(zhuǎn)移[31]。在腫瘤細胞中，已知高葡萄糖水平在常氧和缺氧條件下均可促進HIF-1α的表達[32]。與正常血糖組中的個體相比，患有糖尿病的胰腺癌患者具有更高水平的HIF-1α表達以及膽管侵入和更大的腫瘤體積。用鏈脲佐菌素（STZ）治療的糖尿病裸鼠表現(xiàn)出較大的腫瘤，并且比對照小鼠更可能發(fā)生肝轉(zhuǎn)移。在一些腺泡細胞中，糖尿病小鼠胰腺的腺泡細胞顯示出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)明顯擴張，核間隙增加以及染色質(zhì)接近細胞膜。糖尿病原位異種移植組中Hypoxyprobe-1和HIF-1α的表達面積大于對照組。相應高葡萄糖和CoCl 2濃度、BxPC-3癌細胞系中HIF-1α的表達水平增加。高葡萄糖誘導的侵襲能力，遷移能力和MMP-9表達通過對HIF-1α特異的siRNA來抵消。所以，提升高血糖與預后不良之間的關聯(lián)可歸因于胰腺癌的微環(huán)境缺氧[33]。

總之，腫瘤微環(huán)境中的BMECs參與胰腺癌腫瘤間質(zhì)的形成，并影響胰腺癌的生長、侵襲、轉(zhuǎn)移等生物學行為，通過多種途徑調(diào)節(jié)胰腺癌生長的微環(huán)境，BMECs來源的microRNA對胰腺癌有重要的調(diào)節(jié)作用，是BMSCs對胰腺癌演進促癌或者抑癌不同凈效應的關鍵調(diào)節(jié)靶點，是否可以通過影響B(tài)MECs的細胞生物學特性，調(diào)節(jié)相關蛋白和microRNA，胰腺腺泡細胞萎縮導致導管上皮化生有助于腫瘤細胞侵入局部胰腺實質(zhì)，高血糖使胰腺癌的微環(huán)境缺氧，促進侵襲性表型，促進腫瘤生長，侵襲和轉(zhuǎn)移，改變胰腺癌瘤體生存的微環(huán)境，從而達到抑制胰腺癌的治療目的。將是胰腺癌藥物治療研究的一個方向。